Capteurs IoT pour la surveillance de la corrosion de l'acier inoxydable en temps réel

Qu'est-ce que la surveillance de la corrosion basée sur l'IoT ?

La surveillance traditionnelle de la corrosion sur les équipements de traitement de l'acier inoxydable repose généralement sur l'une des deux approches suivantes : des coupons de perte de masse, de petits échantillons de métal exposés à l'environnement du processus et physiquement retirés, nettoyés et pesés à des intervalles définis ; ou des relevés manuels d'épaisseur par ultrasons (UT), dans lesquels un technicien parcourt la ligne avec une jauge portative et enregistre l'épaisseur de la paroi à des points de test fixes. Les deux méthodes fonctionnent, mais les deux sont intrinsèquement périodiques. Une corrosion - qui s'accélère entre les intervalles d'inspection, ou se produit à un endroit non couvert par un point de test fixe, peut passer inaperçue jusqu'au prochain contrôle programmé ou, pire encore, jusqu'à ce qu'elle provoque une fuite.

La surveillance de la corrosion IoT comble cette lacune en installant des capteurs en permanence à l'emplacement d'intérêt et en les connectant à un réseau sans fil (généralement WirelessHART ou LoRaWAN) qui rapporte les lectures à un intervalle défini - allant de plusieurs fois par heure à une fois par jour, selon l'application. Le résultat est une tendance continue du taux de corrosion-ou de l'épaisseur de paroi-pour ce point spécifique, plutôt qu'une série d'instantanés déconnectés, ce qui permet de détecter un taux de corrosion accéléré bien avant qu'il ne devienne un problème d'intégrité.

Quelles technologies de détection les systèmes de surveillance de la corrosion IoT utilisent-ils réellement ?

Compilé à partir de la norme ASTM G96 et de la littérature technique publiée sur la surveillance de la corrosion-et de la documentation du système commercial. La sélection du capteur doit être adaptée au mécanisme de corrosion spécifique, à la forme du produit et à l'accessibilité de l'actif surveillé.

Comment ces capteurs détectent-ils la corrosion localisée causée par les piqûres et les chlorures-dans l'acier inoxydable ?

Cette distinction est plus importante pour l'acier inoxydable que pour l'acier au carbone. La résistance à la corrosion de l'acier inoxydable dépend d'un film d'oxyde de chrome passif intact, et son mode de défaillance le plus courant dans les environnements contenant du chlorure - - eau de mer, eau de refroidissement, -exposition aux sels de déglaçage, atmosphères côtières - est une piqûre localisée ou une fissuration par corrosion sous contrainte de chlorure plutôt qu'un amincissement uniforme des parois. Un capteur conçu pour moyenner la perte de métal sur toute sa surface peut signaler un taux de corrosion général d'apparence bénigne tout en manquant une seule piqûre agressive qui constitue le risque réel d'intégrité.

Des recherches publiées récemment abordent directement ce problème : des approches de fusion multi-capteurs qui combinent des données d'épaisseur ultrasoniques avec d'autres types de sondes, traitées via des modèles d'apprentissage automatique-, ont été développées spécifiquement pour identifier la corrosion par piqûres et estimer la profondeur des piqûres d'une manière qu'un système de type-capteur-unique ne peut pas. Pour une installation utilisant de l'acier inoxydable austénitique ou duplex dans un service exposé aux chlorures-, cela signifie que la sélection et l'emplacement du capteur doivent être déterminés par le mécanisme de corrosion attendu - et non seulement par le capteur le plus facile à installer.

Comment les données sans fil passent-elles du capteur au tableau de bord de surveillance de l'usine ?

WirelessHART, une extension du protocole industriel HART largement utilisé, et LoRaWAN, une norme sans fil à longue-portée et faible-consommation, sont les deux technologies de réseau les plus couramment citées dans les systèmes commerciaux d'UT sans fil et de transmission-de transmission contre la corrosion. La durée de vie de la batterie de ces capteurs à rapport continu est généralement estimée à environ dix ans, ce qui est important car les capteurs sont souvent montés dans des endroits difficiles d'accès -d'accès - sous isolation, en hauteur, dans des espaces confinés - où des changements fréquents de batterie deviendraient eux-mêmes une charge de maintenance.

Une conception alternative évite complètement la question de la batterie : certains systèmes d'épaisseur à ultrasons utilisent des capteurs passifs, sans batterie, qui sont montés en permanence mais restent inactifs jusqu'à ce qu'une sonde portative, utilisant un couplage inductif sans contact, alimente le capteur à distance et collecte une lecture. Cela troque la commodité d'un reporting entièrement automatique et continu contre un capteur avec une durée de vie effectivement illimitée, ce qui peut être mieux adapté aux endroits où la couverture réseau sans fil ou le remplacement de la batterie est peu pratique.

Quelles normes régissent le déploiement des capteurs de surveillance de la corrosion et l’interprétation des données ?

ASTM G96 couvre la procédure permettant d'effectuer une surveillance en ligne de la corrosion des métaux dans les équipements de l'usine dans des conditions de fonctionnement, sans qu'il soit nécessaire de retirer la sonde du service, et note explicitement que les estimations générales de corrosion à partir des sondes impliquent une hypothèse de moyenne sur la surface de la sonde - la même limitation évoquée ci-dessus dans le contexte de la détection de piqûres. La méthode de test A (résistance électrique) rapporte une perte de métal cumulée, à partir de laquelle un taux de corrosion est déduit ; La méthode de test B (résistance à la polarisation) indique un taux de corrosion électrochimique instantané, mais peut nécessiter un étalonnage par rapport à une autre technique, telle que la perte de poids des coupons, pour établir un taux réel pour un environnement de processus spécifique.

Pour la surveillance basée sur l'-épaisseur de paroi-, le point de référence pertinent est généralement le propre programme d'intégrité mécanique de l'installation et les codes de tuyauterie/récipient applicables (tels que l'API 570 pour la tuyauterie ou l'API 510 pour les récipients sous pression dans les industries de transformation), qui définissent l'épaisseur de paroi minimale requise et les intervalles d'inspection ; Les capteurs IoT UT alimentent ce programme en données plutôt que de remplacer ses critères d'acceptation.

Où les capteurs de corrosion IoT sont-ils les plus précieux pour les actifs en acier inoxydable ?

Corrosion sous isolation (CUI)

Le CUI est l’un des problèmes de corrosion les plus difficiles à détecter lors d’une inspection manuelle, précisément parce que l’isolation et le revêtement qui le cachent bloquent également l’accès visuel et de routine à l’UT. Des capteurs UT sans fil et à courants de Foucault magnétiques installés sous l'isolation, avec un câblage ou des émetteurs sans fil acheminés vers un point accessible, permettent une surveillance continue sans dénuder et remplacer périodiquement l'isolation juste pour vérifier l'épaisseur de la paroi -, une économie de main d'œuvre et de coûts importante en soi.

Tuyauterie inaccessible, enterrée ou sous-marine

Les capteurs ultrasoniques à ondes guidées-, capables d'inspecter des dizaines de mètres de canalisations à partir d'un seul point de montage, et les capteurs ponctuels installés en permanence sur des sections enterrées ou sous-marines, étendent la couverture de surveillance aux endroits où une inspection manuelle nécessiterait une excavation, une plongée ou des arrêts prolongés.

Équipements de processus, marins et de dessalement fonctionnant en continu

Les équipements en acier inoxydable et en acier inoxydable duplex exposés au chlorure-dans les environnements marins, les usines de dessalement et le traitement chimique où l'arrêt pour inspection entraîne un coût de production réel bénéficie de données de tendance continues qui peuvent justifier - ou différer - un arrêt en fonction des conditions réelles mesurées plutôt qu'un intervalle de calendrier fixe, une pratique généralement décrite comme une maintenance-basée sur l'état ou prédictive.

Quelles sont les limites des capteurs de surveillance de la corrosion IoT ?

Lacunes de couverture : un capteur fixe mesure la corrosion à son propre emplacement ; une fosse ou une zone d'amincissement qui se forme ailleurs sur l'actif, même à une courte distance, ne sera détectée que lorsqu'elle atteint un point surveillé -, c'est pourquoi la stratégie de placement des capteurs est aussi importante que la sélection des capteurs.

Points morts de corrosion localisée : comme indiqué ci-dessus, les capteurs ER et LPR sont construits autour d'une hypothèse de moyenne qui convient à la corrosion générale, mais qui est documentée comme étant peu adaptée à la détection des attaques par piqûres et fissures les plus pertinentes pour l'acier inoxydable exposé aux chlorures.

Sensibilité à la température et à l'environnement : les mesures de résistance électrique sont affectées par la température, nécessitant une compensation (généralement une électrode de référence ou une conception en pont de Wheatstone) pour éviter de confondre une variation de température avec un changement du taux de corrosion.

Contraintes de couplage et d'installation : les capteurs à ultrasons classiques nécessitent un couplant entre le capteur et la surface métallique, ce qui limite certains emplacements de montage ; des alternatives telles que les capteurs à courants de Foucault magnétiques ou les capteurs UT inductifs sans batterie-résolvent ce problème, mais sont moins largement déployées et peuvent coûter plus cher par point.

Étalonnage et vérification : les taux instantanés basés sur LPR-peuvent spécifiquement nécessiter un étalonnage par rapport à une autre méthode, telle que la perte de poids des coupons, pour établir un véritable taux de corrosion pour un procédé chimique donné - un réseau de capteurs n'élimine pas le besoin d'une vérification périodique de la vérité sur le terrain-.

Densité et coût des capteurs : pour garantir la confiance sur un actif de grande taille (une unité de traitement complète, un long pipeline) avec des capteurs ponctuels, il faut suffisamment de capteurs, aux bons emplacements, pour être statistiquement significatifs. - sous-instrumentation d'un actif peut créer un faux sentiment de sécurité.

Comment un fabricant ou un propriétaire doit-il évaluer le retour sur investissement de la surveillance de la corrosion IoT ?

L'argument financier le plus clair en faveur de la surveillance de la corrosion de l'IoT concerne les actifs pour lesquels une défaillance non détectée coûte cher - un arrêt de processus imprévu, un rejet dans l'environnement ou un incident de sécurité - et où l'inspection manuelle est elle-même coûteuse ou dangereuse, comme les emplacements CUI qui nécessitent autrement un décapage de l'isolation, ou les canalisations surélevées et confinées-qui nécessitent des échafaudages ou des procédures d'entrée dans un espace confiné-pour inspecter manuellement.

Les données continues permettent également de passer d'intervalles de maintenance-basés sur le temps à des intervalles de maintenance-basés sur l'état, ce qui peut différer les arrêts inutiles des équipements qui se corrodent plus lentement que ne le suppose son intervalle d'inspection basé sur le calendrier-, tout en signalant les équipements qui se corrodent plus rapidement que prévu avant qu'ils ne deviennent une panne.

Comme pour toute nouvelle technologie d'inspection, un déploiement pilote limité - instrumentant un ensemble défini d'emplacements CUI ou un seul système exposé au chlorure- et comparant les données de tendance des capteurs avec la prochaine inspection manuelle planifiée - est le moyen le plus fiable de valider à la fois la précision des capteurs et les économies de main d'œuvre et de temps d'arrêt prévues avant de s'engager dans un déploiement plus large.

Foire aux questions

Q : Les capteurs de corrosion IoT peuvent-ils remplacer complètement l’inspection manuelle et les tests de coupons ?

R : Non. Les capteurs IoT fournissent des données continues sur leurs emplacements d'installation, mais ils nécessitent toujours un étalonnage et une vérification périodiques par rapport aux données de coupon ou d'inspection manuelle, et ils ne couvrent que les points ou lignes spécifiques où ils sont installés. La plupart des déploiements matures utilisent des capteurs IoT pour réduire la fréquence et la portée de l'inspection manuelle, et pour prioriser les efforts d'inspection manuelle, plutôt que de les éliminer complètement.

Q : Les capteurs à résistance électrique (ER) sont-ils efficaces pour détecter la corrosion par piqûre dans l'acier inoxydable ?

R : Pas fiable en soi. Les capteurs ER sont documentés dans la littérature sur la surveillance de la corrosion-comme étant mieux adaptés à la corrosion générale et uniforme, car ils font la moyenne des pertes de métal sur la surface de la sonde ; les piqûres localisées, qui constituent la préoccupation dominante pour l'acier inoxydable exposé aux chlorures-, sont mieux traitées avec des données d'épaisseur par ultrasons en plusieurs points, un dépistage par ondes guidées-ou de nouvelles approches multi-capteurs et d'apprentissage automatique-conçues spécifiquement pour la détection des piqûres.

Q : Qu'est-ce que la corrosion sous isolation (CUI) et pourquoi est-elle particulièrement adaptée à la surveillance de l'IoT ?

R : CUI est une corrosion qui se produit sur des canalisations ou des équipements isolés, cachée sous l'isolation et le revêtement, où elle ne peut pas être vue lors d'une inspection visuelle de routine et est coûteuse à vérifier manuellement car l'isolation doit être retirée. Des capteurs UT sans fil ou à courants de Foucault magnétiques installés en permanence sous l'isolation permettent une surveillance continue sans dénuder et remplacer l'isolation à plusieurs reprises. C'est pourquoi le CUI est l'un des cas d'utilisation les plus couramment cités pour cette technologie.

Q : Quel réseau sans fil les capteurs de corrosion industriels utilisent-ils généralement ?

R : WirelessHART et LoRaWAN sont les deux technologies réseau les plus couramment utilisées dans les systèmes commerciaux de surveillance de la corrosion et des UT sans fil, choisies pour leur longue portée, leur faible consommation d'énergie et leur compatibilité avec les systèmes de contrôle des usines. Les capteurs alimentés par batterie-sur ces réseaux ont généralement une durée de vie allant jusqu'à environ dix ans.

Q : Quelle norme ASTM régit la surveillance de la corrosion en ligne, et que précise-t-elle réellement ?

R : ASTM G96 est le guide standard pour la surveillance en ligne de la corrosion dans les équipements d'usine à l'aide de méthodes électriques et électrochimiques. Il définit la mesure de la résistance électrique comme méthode d'essai A (perte cumulative de métal) et la mesure de la résistance de polarisation comme méthode d'essai B (taux de corrosion électrochimique instantané), et doit être lu parallèlement à l'ASTM G102 pour savoir comment ces mesures brutes sont converties en taux de corrosion rapportés.

Résumé

La surveillance de la corrosion par l'IoT transforme la corrosion d'un résultat d'inspection périodique en un flux de données continu, en utilisant des capteurs de résistance électrique, de résistance de polarisation et d'épaisseur à ultrasons sans fil pour suivre la perte de métal et le taux de corrosion en temps quasi réel plutôt qu'à intervalles programmés. Pour l'acier inoxydable en particulier, la valeur de la technologie dépend de l'adaptation du type de capteur au mécanisme de corrosion : les capteurs de corrosion généraux-comme ER et LPR sont bien adaptés à un amincissement uniforme des parois, mais ils sont documentés comme étant faibles pour détecter les piqûres localisées et les attaques provoquées par les chlorures-qui sont le mode de défaillance le plus courant de l'acier inoxydable.

Les résultats les plus évidents apparaissent sur les actifs difficiles-à-inspecter - la corrosion sous l'isolation, les canalisations enterrées ou surélevées et les équipements exposés au chlorure- en fonctionnement continu - où les données continues remplacent les rondes d'inspection manuelles coûteuses ou dangereuses, toujours interprétées par rapport à la norme ASTM G96 et au programme d'intégrité mécanique en vigueur d'une installation plutôt que comme un remplacement autonome de celui-ci.